KR101105454B1 - 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판은, 평판의 메탈 재질로 이루어지는 방열판(10)과; 판면에는 LED 소자(60)를 수용할 수 있는 사이즈로서 제1홀(21)을 수직 관통되게 복수 개로 형성되도록 하여 상기 방열판(10)의 표면으로 접합되고, 표면에는 회로 패턴을 형성하면서 표면 일측에는 입출력단자패드(22)를 형성하고, 제1홀(21)의 주연부에는 접속단자패드(23)가 형성되도록 하는 절연성 기판(20)과; 상기 절연성 기판(20)의 상기 입출력단자패드(22)와 접속단자패드(23)를 제외한 표면에 도포되도록 하여 상기 회로 패턴이 절연되도록 하는 절연막(30)과; 상기 절연막(30)의 표면에 접합되며, 판면에는 상기 절연성 기판(20)의 상기 접속단자패드(23)가 상향 노출되도록 하면서 제1홀(21)과 동심원상에 수직 관통되게 제2홀(41)을 형성한 금속박판(40)의 적층 구조로 이루어지게 함으로써 방열판의 기계적인 가공을 생략함에 따른 보다 손쉬운 제조와 더욱 우수한 방열 효율 및 형광물질 사용량을 최소화하면서 발광 효율은 극대화되도록 하는데 특징이 있다.

LED, 회로기판, 방열, 발광

Description

엘이디 조명장치용 인쇄회로기판 및 그의 제조방법{Print circuit board of LED illumination device}

본 발명은 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방열기능과 함께 제조의 편의와 보다 저렴한 제작이 가능한 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 조명장치는 기본적으로 조명을 위한 것이지만 그외에도 상업적인 광고나 디스플레이의 다양한 목적으로도 사용되고 있다.

이러한 조명장치로는 대개 형광등이나 할로겐 램프 또는 네온 등이 사용되고 있는데 이와 같은 조명 장치들은 전력 소비가 과도한 비경제적인 문제가 있을 뿐만 아니라 형광등이나 할로겐 램프의 경우는 특히 단색의 조명만을 제공하게 되므로 사용이 제한적일 수 밖에 없다.

이에 최근에 가장 주목받는 것이 LED 조명등으로서, LED 조명등은 형광등이나 할로겐 램프 또는 네온에 비해서 소비 전력이 대단히 낮으며, 수명이 매우 길 뿐만 아니라 특히 형광등이나 할로겐 램프에 비해서는 보다 다양한 색상을 연출할 수 있는 장점이 있다.

LED 조명등은 다수의 LED가 실장된 LED 모듈을 특정한 배열로 배치하고, 이러한 LED 모듈을 천정이나 벽면에 설치되도록 하는 것이다.

한편 LED 조명등은 LED의 소자 특성상 구동 시 상당한 열을 발생시키므로 반드시 방열을 해결해야만 하는 폐단이 있으므로 이를 위해 최근에 개발된 것이 메탈 PCB이다.

메탈 PCB에는 LED 소자가 안치되는 부위와 함께 단자가 형성되는 부위를 기계적인 가공(예로서 엔드 밀 가공)에 의해 형성되도록 하고 있다.

다시 말해 메탈 PCB의 표면에 기계적인 가공으로 일정한 깊이를 갖는 트랜치를 형성하고, 이 트랜치의 주연부측 PCB의 표면을 일정폭으로 기계 가공하여 단자 형성 부위가 형성되도록 한다.

따라서 메탈 PCB에서의 트랜치는 대단히 많은 갯수의 LED 소자가 안치될 수 있도록 하는 면적으로 형성하고, 전해 도금에 의해서 단자를 형성한 후 트랜치의 내부로 복수의 LED 소자들이 균일하게 배열되도록 한 후 LED 소자들간 그리고 LED 소자들과 단자들간을 와이어 본딩에 의해 직렬로 연결되도록 하는 구성으로 이루어지도록 하고 있다.

이와 같이 복수의 LED 소자들이 배열된 비교적 넓은 면적의 트랜치에는 형광물질을 충진시킨 후 그 상부의 단자가 형성된 부위를 포함하여 표면까지 광투과성 수지를 충진시켜 LED 모듈을 형성하도록 하였다.

하지만 메탈 PCB에서와 같이 전체적으로 메탈을 사용하게 되면 제조비용이 지나치게 과다해지고, 정밀한 가공성이 요구되므로 결국 제조 단가가 상승되는 비 경제적인 폐단이 있다.

또한 기계적인 표면 가공에 의해 형성되는 비교적 넓은 면적의 트랜치에 복수의 LED 소자들이 배열되도록 한 후 형광물질을 채우게 되면 고가의 형광물질 사용량이 지나치게 많아질 뿐만 아니라 형광물질이 경화 중 형광물질 내의 형광체가 아래쪽으로 가라앉으면서 원래 원하던 칼라와는 다른 칼라를 구현하게 되는 문제가 있다.

이에 본 발명은 상기한 폐단과 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 탑재되는 LED 소자의 주위로 충전되는 고가의 형광물질을 최소한으로 사용하면서도 형광 효율은 더욱 향상되는 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판을 제공하는데 주된 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 메탈의 기계 가공을 생략함으로써 용이한 제작이 이루어질 수 있도록 하는 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판을 제공하는데 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명의 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판은, 평판의 메탈 재질로 이루어지는 방열판과; 판면에는 엘이디 소자를 수용할 수 있는 사이즈로서 제1홀을 수직 관통되게 복수 개로 형성되도록 하여 상기 방열판의 표면으로 접합되고, 표면에는 회로 패턴을 형성하면서 표면 일측에는 입출력 단자패드를 형성하고, 제1홀의 주연부에는 접속단자패드가 형성되도록 하는 절연성 기판과; 상기 절연성 기판의 상기 접속단자패드와 입출력단자패드를 제외한 표면에 도포되도록 하여 상기 회로 패턴과 절연되도록 하는 절연막과; 상기 절연막의 표면에 접합되며, 판면에는 상기 절연성 기판의 상기 접속단자패드가 상향 노출되도록 하면서 제1홀과 동심원상에 수직 관통되게 제2홀을 형성한 금속박판을 적층되도록 한 구성이다.

상기의 구성에서 방열판은 구리를 주성분으로 하는 동판으로 구비되도록 하 며, 절연성 기판은 합성수지인 FR4로 구비되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

상기의 구성에서 절연막은 상기 절연성 기판의 제1홀의 측면과 바닥면인 상기 방열판에도 동시에 증착되도록 한다.

상기의 구성에서 절연성 기판의 제1홀은 복수 개의 엘이디 소자가 일렬로 배열되도록 하는 직사각형의 형상으로 판면을 수직으로 관통되도록 하여 일정 간격으로 복수 개로서 배열되도록 한다.

상기의 구성에서 방열판은 저면에 전해 도금층 증착이 방지되도록 하는 실크가 부착되도록 한다.

이와 같은 본 발명의 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판을 제조하기 위해서 평판의 메탈 재질로 방열판을 구비하는 단계와; 엘이디 소자를 수용할 수 있는 사이즈로서 판면을 수직으로 관통시킨 제1홀을 복수 개로 형성한 절연성 기판을 상기 방열판의 표면에 접합하는 단계와; 상호 접합된 상기 방열판과 상기 절연성 기판 중 상기 절연성 기판의 표면에 전도성 래커를 코팅시킨 상태에서 상기 절연성 기판을 전해액에 담겨지게 하여 전해 도금에 의해서 상기 절연성 기판의 표면으로 회로 패턴과 함께 접속단자패드와 입출력단자패드를 형성하는 단계와; 상기 접속단자패드와 입출력단자패드는 상향 노출되도록 하면서 상기 절연성 기판의 표면으로 절연막을 도포하는 단계와; 판면에는 상기 접속단자패드가 상향 노출되도록 하면서 제1홀과 동심원상에 수직 관통되게 제2홀을 형성한 금속박판이 상기 절연막의 상부에 접합되면서 적층되는 단계로서 수행되도록 하는데 특징이 있다.

상기의 제조방법에서 상기 전해 도금 시 상기 방열판의 저면에 실크를 부착 시킨 상태에서 전해 도금이 수행되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판 및 그의 제조방법에 따라 우선적으로는 메탈 방열판의 기계적인 가공을 생략할 수가 있게 되므로 보다 손쉬운 제조가 가능하고, 더욱 우수한 방열 효율을 제공할 수가 있다.

또한 본 발명은 형광물질의 사용 용량을 최소한으로 하면서도 형광물질을 통해 필요로 하는 색깔 구현이 보다 정확하므로 발광 효율을 더욱 향상시키도록 한다.

특히 본 발명은 방열판을 이루는 메탈의 적용량과 함께 형광물질의 사용량을 최소화하면서도 보다 우수한 방열과 발광 효율 및 제조의 편의를 제공하는 매우 경제적인 이점을 제공한다.

이하 본 발명에 따른 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판의 실시예 구성을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판의 일실시예 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 4는 도 3의 A부 확대도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판은 메탈 기판의 기계적인 가공을 생략하고, 단순한 적층 구성에 의해서 하나 또는 소수의 LED 소자 를 분산시켜 형성되도록 하는 특징이 있다.

본 발명에 따른 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판은 크게 방열판(10)과 절연성 기판(20)과 절연막(30)과 금속박판(40)으로 이루어지는 구성이다.

본 발명의 방열판(10)은 평판의 메탈 재질로 이루어지는 구성으로서, 메탈은 구리를 주성분으로 하는 동판으로 구비되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

절연성 기판(20)은 방열판(10)과 동일한 외경을 가지면서 두께는 가급적 방열파(10)보다는 얇게 형성되도록 하는 회로 기판이다.

절연성 기판(20)으로는 통상적으로 FR4를 사용하는 것이 바람직하며, 절연성 기판(20)의 판면에는 엘이디 소자를 수용할 수 있는 사이즈로서 수직 관통되도록 하여 복수개의 제1홀(21)이 형성되도록 한다.

절연성 기판(20)에 형성되는 제1홀(21)은 하나의 LED 소자만이 수용되도록 하는 경우에는 LED 소자보다는 큰 내경으로 원형 또는 장방형으로 형성되도록 하며, 복수의 LED 소자가 동시에 수용되도록 하는 경우에는 장공 또는 직사각형으로 형성되도록 함이 바람직하다.

이때 절연성 기판(20)의 표면에는 회로 패턴과 함께 입출력단자패드(22)와 함께 접속단자패드(23)가 형성되도록 한다.

특히 접속단자패드(23)는 제1홀(21)의 주연부에 형성된다.

절연막(30)은 절연성 기판(20)의 표면에 도포되는 구성으로서, 다만 절연성 기판(20)의 입출력단자패드(22)와 접속단자패드(23)는 제외되도록 한다.

또한 절연막(30)은 절연성 기판(20)의 제1홀(21)의 측면과 함께 바닥면인 방 열판(10)에도 동시에 증착될 수 있도록 하는 것이 보다 바람직하다.

이렇게 절연막(30)은 절연성 기판(20)에 형성한 회로 패턴과 함께 절연이 필요한 부위에 증착되도록 하는 구성이다.

한편 금속박판(40)은 절연막(30)이 도포된 절연성 기판(20)의 상부를 커버하도록 적층되는 절연성 박판이다.

금속박판(40)은 판면에 절연성 기판(20)에 형성되는 제1홀(21)과 동심원상에 제2홀(41)을 형성하되 제2홀(41)은 절연성 기판(20)의 제1홀(21)의 주연부측에 형성한 접속단자패드(23)가 상향 노출될 수 있도록 제1홀(21)보다는 큰 내경을 갖도록 판면을 수직 관통시킨 구성이다.

또한 금속박판(40)에는 입출력단자패드(22)가 상향 노출될 수 있도록 입출력단자패드(22)와 동일 수직선상에 패드홀(42)이 형성되도록 한다.

한편 도 5는 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 저면도로서, 본 발명의 방열판(10)에는 저면에 동일한 사이즈로 도금이 방지될 수 있도록 도금 방지층(50)이 형성되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

이러한 도금 방지층(50)으로는 도 3 내지 도 5에서와 같이 실크 등과 같은 직물을 부착시키는 방식으로 형성할 수도 있고, 도금 방지액이 도포되게 하는 방식으로도 형성은 가능하다.

특히 도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명의 절연성 기판(20)에 형성되는 제1홀(21)과 금속박판(40)에 형성되는 제2홀(41)은 도 1과 도 2에서와 같이 오직 하나의 LED 소자만이 수용될 수 있는 크기와 형상으로 원형 또는 장방형으로 형성되게 할 수도 있으나, 도 6 내지 도 9에서와 같이 복수개의 LED 소자가 일렬로 배열될 수 있도록 한 장방형의 홀이 복수 개로서 형성되는 구성으로도 적용이 가능하다.

한편 도 10에서와 같이 절연성 기판(20)의 제1홀(21)에는 LED 소자(60)가 탑재되도록 하고, LED 소자(60)가 탑재된 제1홀(21)은 형광물질(70)로 채워지도록 하며, 제1홀(21)의 상부측 금속박판(40)에 형성되는 제2홀(41)에는 광투과성 몰드(80)가 채워지도록 함으로써 엘이디 조명장치를 제공하게 된다.

이때의 광투과성 몰드(80)는 통상 투명의 실리콘을 사용한다.

이하 상기한 구성에 따른 본 발명의 제조방법과 그에 작용에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 11 내지 도 14는 본 발명의 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판을 제조하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판을 제조하기 위해서는 우선 도 11에서와 같이 평판의 메탈 재질로서 방열판(10)을 구비한다.(제1단계)

이때의 방열판(10)은 전술한 바와 같이 동판을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 다만 그외의 방열 효율이 높은 재질을 사용해도 무방하다.

방열판(10)의 표면 즉 상부면으로는 방열판(10)과 동일한 사이즈로서 도 12에서와 같이 절연성 기판(20)을 접합한다.(제2단계)

절연성 기판(20)에는 판면의 복수의 위치에 LED 소자(60)가 삽입될 수 있는 사이즈로서 판면을 수직 관통시킨 제1홀(21)이 이미 형성되도록 한다.

다시 말해 방열판(10)에 접합시키기 전에 이미 절연성 기판(20)에는 복수 개의 제1홀(21)이 형성되도록 한다.

절연성 기판(20)이 접합되면 절연성 기판(20)의 표면에는 원하고자 하는 회로 패턴과 함께 접속단자패드(23) 및 입출력단자패드(22)의 형성 위치와 크기로 전도성 래커(미도시)가 코팅되도록 한 후 접합된 방열판(10)과 절연성 기판(20)을 전해액에 담겨지도록 하여 전해 도금에 의해서 도 13에서와 같이 절연성 기판(20)에는 회로 패턴과 함께 접속단자패드(23)와 입출력단자패드(22)가 형성되도록 한다.(제3단계)

한편 이와 같은 전해 도금 직전에 방열판(10)의 이면으로는 고가의 전해액이 도포되지 않도록 하기 위하여 실크 등과 같은 직물을 부착하거나 도금 방지액이 도포되도록 하여 도금 방지층(50)이 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

전해 도금에 의해 절연성 기판(20)의 표면으로 회로 패턴과 함께 입출력단자패드(22)와 접속단자패드(23)가 형성되면 이중 입출력단자패드(22)와 접속단자패드(23)는 상향 노출되는 상태가 되도록 하면서 절연성 기판(20)의 표면으로 절연막(30)이 도포되도록 한다.(4단계)

절연막(30)은 절연성을 갖는 액상의 수지를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

이렇게 절연막(30)이 도포된 절연성 기판(20)의 판면에는 입출력단자패드(22)와 접속단자패드(23)가 상향 노출될 수 있도록 하는 제2홀(41)과 함께 패드홀(42)을 형성한 금속박판(40)이 접합되도록 한다.(5단계)

금속박판(40)에 형성되는 제2홀(41)은 절연성 기판(20)에 형성한 제1홀(21)과 동심원상에서 제1홀(21)의 주연부에 형성한 접속단자패드(23)가 상향 노출될 수 있도록 보다 큰 내경을 갖게 판면이 수직 관통되도록 하는 구성이다,

그리고 금속박판(40)의 일측에 형성되는 패드홀(42)은 절연성 기판(20)에 형성한 입출력단자패드(22)가 상향 노출될 수 있도록 입출력단자패드와 동일한 크기와 형상으로 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

이상에서와 같이 본 발명은 메탈 재질의 방열판(10)에 순차적으로 막이나 기판을 적층시켜 상호 견고하게 결합시켜 인쇄회로기판이 구비되게 함으로써 종전과 같이 방열판을 기계 가공하는데 따른 수고를 대폭적으로 경감시키면서 제조 작업 시간을 한층 단축시키게 됨으로써 보다 경제적인 제조를 가능하도록 한다.

또한 LED 소자(60)가 탑재되는 공간을 최소화함으로써 그 공간에 채워지게 되는 형광물질(70)의 소모량을 최대한 절약하도록 하는 동시에 이들 형광물질(70)에 의해 구현되는 발광 색상이 원하는 색상에 가깝고, 색상 구현이 안정적으로 이루어지도록 한다.

특히 발광 색상 중 가장 구현이 난해한 화이트을 안정적으로 구현할 수 있도록 하므로써 가장 해결이 어려웠던 제조 비용의 부담이 대폭적으로 경감될 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판의 일실시예 구성을 도시한 사시도,

도 2는 도 1의 평면도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도,

도 4는 도 3의 A부 확대도,

도 5는 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 저면도,

도 6은 본 발명에 따른 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판의 다른 실시예 구성을 도시한 사시도,

도 7은 도 6의 평면도,

도 8은 도 6의 B-B선 단면도,

도 9는 도 6의 C-C선 단면도,

도 10은 본 발명의 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판을 이용하여 제작되는 엘이디 조명장치의 단면도,

도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판을 제조하는 과정을 단계별로 도시한 단면도.

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 방열판 20 : 절연성 기판

21 : 제1홀 22 : 입출력단자패드

23 : 접속단자패드 30 : 절연막

40 : 금속박판 41 : 제2홀

42 : 패드홀 50 : 도금 방지층

60 : LED 소자 70 : 형광물질

80 : 광투과성 몰드

Claims (8)

1. 평판의 메탈 재질로 이루어지는 방열판(10)과;

   판면에는 LED 소자(60)를 수용할 수 있는 사이즈로서 제1홀(21)을 수직 관통되게 복수 개로 형성되도록 하여 상기 방열판(10)의 표면으로 접합되고, 표면에는 회로 패턴을 형성하면서 표면 일측에는 입출력단자패드(22)를 형성하고, 제1홀(21)의 주연부에는 접속단자패드(23)가 형성되도록 하는 절연성 기판(20)과;

   상기 절연성 기판(20)의 상기 입출력단자패드(22)와 접속단자패드(23)를 제외한 표면에 도포되도록 하여 상기 회로 패턴이 절연되도록 하는 절연막(30)과;

   상기 절연막(30)의 표면에 접합되며, 판면에는 상기 절연성 기판(20)의 상기 접속단자패드(23)가 상향 노출되도록 하면서 제1홀(21)과 동심원상에 수직 관통되게 제2홀(41)을 형성한 금속박판(40);

   을 적층시킨 구성인 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열판(10)은 동판으로 구비하는 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 기판은 합성수지인 FR4로 구비하는 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 절연막(30)은 상기 절연성 기판(20)의 제1홀(21)의 측면과 바닥면인 상기 방열판(10)에 증착시킨 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 기판(20)의 제1홀(21)은 복수 개의 LED 소자(60)가 일정한 간격으로 일렬로 배열되도록 직사각형의 형상으로 이루어지는 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 방열판(10)의 저면에는 도금 방지층(50)이 형성되는 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판.
7. 평판의 메탈 재질로 방열판(10)을 구비하는 단계와;

   LED 소자(60)를 수용할 수 있는 사이즈로서 판면을 수직으로 관통시킨 제1홀(21)을 복수 개로 형성한 절연성 기판(20)을 상기 방열판(10)의 표면에 접합하는 단계와;

   상호 접합된 상기 방열판(10)과 상기 절연성 기판(20) 중 상기 절연성 기판(20)의 표면에 전도성 래커를 코팅시킨 상태에서 상기 절연성 기판(20)을 전해액에 담겨지게 하여 전해 도금에 의해서 상기 절연성 기판(20)의 표면으로 회로 패턴과 함께 입출력단자패드(22)와 접속단자패드(23)를 형성하는 단계와; 상기 입출력단자패드(22)와 접속단자패드(23)는 상향 노출되도록 하면서 상기 절연성 기판(20)의 표면으로 절연막(30)을 도포하는 단계와;

   판면에는 상기 접속단자패드(23)가 상향 노출되도록 하면서 제1홀(21)과 동심원상에 수직 관통되게 제2홀(41)을 형성한 금속박판(40)이 상기 절연막(30)의 상부에 접합되도록 하는 단계;

   에 의해서 이루어지는 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 전해 도금 단계에서 상기 방열판(10)의 저면에는 도금 방지층(50)을 형성한 후 도금이 수행되도록 하는 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판 제조방법.

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